数控电火花线切割技术讲义二00三年三月数控电火花线切割加工§1 电火花线切割加工的工作原理和工艺特点电火花线切割加工的工作原理电火花线切割简称线切割.它是在电火花穿孔,成形加工的基础上发展起来的.它不仅使电火花加工的应用得到了发展,而且某些方面已取代了电火花穿孔,成形加工.线切割机床已占电火花机床的大半.其工作原理如图1—1所示.绕在运丝筒4上的电极丝1沿运丝筒的回转方向以一定的速度移动,装在机床工作台上的工件3由工作台按预定控制轨迹相对与电极丝做成型运动.脉冲电源的一极接工件,另一极接电极丝.在工件与电极丝之间总是保持一定的放电间隙且喷洒工作液,电极之间的火花放电蚀出一定的缝隙,连续不断的脉冲放电就切出了所需形状和尺寸的工件.图1—1 电火花线切割的工作原理1—电极丝; 2—导轮; 3—工件; 4—运丝筒; 5—线架; 6—脉冲电源电极丝的粗细影响切割缝隙的宽窄,电极丝直径越细,切缝越小.电极丝直径最小的可达φ0.05,但太小时,电极丝强度太低容易折断.一般采用直径为0.1~0.3mm 的电极丝.根据电极丝移动速度的大小分为高速走丝线切割和低速走丝线切割.低速走丝线切割的加工质量高,但设备费用,加工成本也高.我国普遍采用高速走丝线切割,近年正在发展低速走丝线切割.高速走丝时,线电极采用高强度钼丝,钼丝以8~10m/s的速度作往复运动,加工过程中钼丝可重复使用.低速走丝时,多采用铜丝,电极丝以小于0.2m/s的速度作单方向低速移动,电极丝只能一次性使用.电极丝与工件之间的相对运动一般采用自动控制,现在已全部采用数字程序控制,即电火花数控线切割.工作液起绝缘,冷却和冲走屑末的作用.工作液一般为皂化液.二,电火花线切割加工的特点和应用电火花线切割能切割加工传统方法难于加工或无法加工的高硬度,高强度,高脆性,高忍性等导电材料及半导体材料.由于电极丝极细,可以加工细微异形孔,窄缝和复杂形状零件.工件被加工表面受热影响小,适合于加工热敏感性材料.同时,由于脉冲能量集中在很小的范围内,加工精度较高,线切割加工精度可达0.02~0.01mm,表面粗糙度可达Ra1.6μm.加工过程中,工具与工件不直接接触,不存在显著的切削力,有利加工低刚度工件.由于切缝很细,而且只对工件进行轮廓加工,实际金属蚀除量很少,材料利用率高,对于贵重金属加工更具有重要意义.与电火花成形相比,以线电极代替成形电极,省去了成形工具电极的设计和制造费用,缩短了生产准备时间.电火花线切割加工的缺点是生产率低,且不能加工盲孔类零件和阶梯表面.电火花线切割主要用于各种冲模,塑料模,粉末冶金模等二维及三维直纹面组成的模具及零件.也可切割各种样板,磁钢,硅钢片,半导体材料或贵重金属,还可进行微细加工,异形槽和试件上标准缺陷的加工.广泛用于电子仪器,精密机床,轻工,军工等.§2 电火花数控线切割机床的组成,传动及功能简介电火花数控线切割机床的组成电火花数控线切割机床由主机,数控装置,脉冲电源装置等三部分组成.(1)主机部分由工作台,运丝装置,丝架,锥度装置,夹具,操纵盒,工作液箱,床身,防水罩等组成.工作台和锥度装置均可在水平面内移动,工作台的移动轴称为X轴,Y轴,锥度装置的移动轴称为U轴,V轴.切割带锥度工件时,工作台和锥度装置必须同时移动,从而使电极丝相对于工件有一定的倾斜.把X,Y,U,V四轴同时移动称作四轴联动.操纵盒上设有机床的常用开关. (2)数控装置作为机床的编程,控制系统,其内配备有486以上的微机,装有线切割专用软件,通过操作线切割加工软件,能够实现绘制线切割加工轨迹图,进行自动编程并对线切割加工的全过程进行自动控制.也可以利用"Auto CAD"或"电子图板"等常用绘图软件绘制线切割加工轨迹图.(3)脉冲电源装置为线切割机床提供符合要求的脉冲电源.脉冲电源装置可单独设置,也可与数控装置合并在一个控制柜内.脉冲电源装置上设有各项脉冲参数选择按钮(旋钮).图1-2是FW-1型电火花数控线切割机床外形图.其主要技术参数如下表:主机外形尺寸mm1615×1222×1630工作台尺寸(长×宽)mm650×420X行程mmY行程mmZ行程mmU行程mmV行程mm35032015018(±9)18(±9)工作台最大承重Kg200最大切割厚度mm200最大切割锥度±3.(50mm厚)脉冲当量mm0.001最佳表面粗糙度Ra2.5μm电极丝(钼丝)直径mmφ0.12～0.20图1-2 线切割机床外观图1—动丝筒; 2—线架; 3—锥度装置; 4—电极丝; 5—工作台;6—工作液箱; 7—床身;8—操纵盒; 9—控制柜二,数控线切割机床的传动系统采用步进电机带动滚珠丝杠传动,如图1—3.工作台的传动路线为:X向控制系统发出进给脉冲——步进电机A——齿轮/齿轮——丝杠1—螺母1.Y向控制系统发出进给脉冲——步进电机B——齿轮/齿轮——丝杠2—螺母2.图1-3 线切割机床的传动控制系统每发出一个脉冲,工作台就移动0.001㎜.通过X,Y向两个摇手柄也可以使工作台实现X,Y向移动.运丝装置的传动路线为:运丝电机C——联轴节——运丝筒高速旋转——齿轮/齿轮——丝杠3——螺母3带动拖板——行程开关.运丝装置带动电极丝按一定的速度运行,并将电极丝整齐地饶在运丝筒上,行程开关控制运丝筒的正反转.线架运丝筒旋转带动电极丝往返运动,排丝轮,导轮保持电极丝轨迹,导电块通电.通过手柄转动丝杠,带动上悬臂上下移动.锥度装置位于线架上悬臂的头部,两个步进电机分别控制锥度装置作U,V两个方向运动,实现锥度切割.三,数控线切割机床控制系统功能特点:FW—1型数控线切割机床是数控高速走丝线切割机,采用计算机控制,可X,Y,U,V四轴联动,能与其它计算机和控制系统方便地交换数据,放电参数可自动选取与控制,采用国际通用的ISO代码编程,亦可使用3B/4B格式,配有CAD/CAM系统.主要系统功能如下:·镜像加工·常规锥度切割·比例缩放·上下异形切割·单段运行·四轴联动切割·程序编辑·自动电极丝半径补偿·模拟运行·加工条件自动转换· 1/2 移动·丝杠螺距补偿·接触感知·丝找正·公英制转换·图形实时跟踪·自动找孔中心·中,英,印尼,日,葡,法,西班牙文界面·图形描画·各模块的直接进入,操作快捷· X-Y轴交换·在线操作提示,使用方便·子程序调用§3 数控线切割加工的操作方法与其他机床相比,数控线切割机床的操作部位较多.按其操作部位不同可分为主机操作,计算机程控操作,脉冲电源参数的选择等.以FW—1型数控线切割机床为例分别介绍.主机操作主机的操作包括绕装电极丝,装夹工件和各种开关的操作.1,绕装电极丝绕装电极丝是指将一定长度的电极丝通过线架上各导轮后整齐排列在运丝筒上,以保证电极丝能在线架上作往复运动.上丝前应根据工件高度调整好线架高度,电极丝的松紧应当合适,且要保证电极丝与工作台垂直.2,装夹工件数控高速走丝线切割的装夹特点:(1) 由于快走丝切割的加工作用力小,不象金属切削机床要承受很大的切削力,因而其装夹夹紧力要求不大,有的地方还可用磁力夹具定位.(2) 快走丝切割的工作液是靠高速运行的丝带入切缝的,不象慢走丝那样要进行高压冲水,因此对切缝周围的材料余量没有要求,便于装夹.(3) 线切割是一种贯通加工方法,因而工件装夹后被切割区域要悬空于工作台的有效切割区域,因此一般采用悬臂支撑或桥式支撑方式装夹.工件装夹的一般要求工件的定位面要有良好的精度,一般以磨削加工过的面定位为好.切入点要导电.热处理件要充分回火去应力,平磨件要充分退磁.工件装夹的位置应利于工件找正,并应与机床的行程相适,夹紧螺钉高度要合适,避免干涉到加工过程.对工件的夹紧力要均匀,不得使工件变形和翘起.加工精度要求较高时,工件装夹后,必须用百分表找正.工件装夹完毕,要清除干净工作台面上的一切杂物.3,开关主机除设有电源总开关,急停开关,强电开关外,还设有手控盒,其上有操作停止开关OFF,工作液泵开关PUMP,运丝筒开关WR,暂停开关HALT等,根据需要操作即可.二,加工条件的选择加工条件的选用包括脉冲电源参数的选择,工作液的选择,电极丝的选择.1,脉冲电源参数的选择波形(GP)的选择数控线切割有两种波形可供选择:"0"为矩形波脉冲;"1"为分组脉冲.A:矩形波:波形如图1-3,矩形波加工效率高,加工范围广,加工稳定性好,是快走丝线切割常用的加工波形.B:分组脉冲:波形如图1-4,分组波适于薄工件的加工,精加工较稳定.脉宽(ON)的选择图1 - 3本机脉宽的值为(ON+1)μS,最大为32μS.在特定的工艺条件下,脉宽增加,切割速度提高,表面粗糙度增大,这个趋势在脉宽增加的初期,加工速度增加较快,但随着脉宽的进一步增大,加工速度的增大相对平缓,粗糙度变化趋势也一样.这是因为单脉冲脉宽过大,也就是单脉冲放电时间过长,会使局部温度升高,形成对侧边的加工量增大,热量散发快,因此减缓了加工速度.通常情况下,脉图1 - 4宽的取值要考虑工艺指标及工件的材质,厚度.如果对表面粗糙度要求较高,工件材质易加工,厚度适中,脉宽取值较小,一般在3—10μS.中,粗加工,工件材质切割性能差,较厚时,脉宽取值一般为10—25μS.脉间(OFF)的选择本机脉间的值为(OFF+1)×5Μs,最大值160μS.在特定的工艺条件下,脉间减小,切割速度增大,表面粗糙度增大不多.这表明脉间对加工速度影响较大,而对表面粗糙度影响较小.但脉间不能太小,否则消电离不充分,电蚀产物来不及排除将使加工变得不稳定,易烧伤工件并断丝.脉间太大也会导致不能连续进给,使加工变的不稳定.通常难加工,厚度大,排屑不利的工件,脉间应选长一些,为脉宽的5—8倍较合适.对于加工性能好,厚度不大的工件,脉间可选脉宽的3—5倍.脉间取值主要考虑加工稳定,防短路及排屑,在满足要求的前提下,通常减小脉间以取得较高的加工速度.功率管数(IP)的选择选择投入放电加工回路的功率管数,以0.5为基本选择单位,取值范围为0.5—9.5.管数的增,减决定脉冲峰值电流的大小,每只管子投入的峰值电流为5A,电流越大切割速度越高,表面粗糙度增大,放电间隙变大.一般情况下,中厚度精加工为3—4只管子,中厚度中加工,大厚度精加工为5—6只管子,大厚度中粗加工为6—9只管子. 间隙电压(SV)的选择用来控制伺服的参数,最大值为7.加工状态的好坏,与间隙电压取值密切相关.间隙电压取值过小,会造成放电间隙小,排屑不畅,易短路.反之,加工速度下降,对薄工件一般取01—02,对大厚度工件一般取03—04.电压V电压V,即加工电压值.有两种选择,"0"常压,一般加工时选用."1"低压,一般找正时选用.2,工作液的选择快走丝线切割选用的工作液是乳化液,乳化液具有一定的绝缘性能,良好的洗涤性能,良好的冷却性能和良好的防锈能力.3,电极丝的选择快走丝线切割的电极丝要反复使用,因此要有一定的韧性,抗拉强度和抗腐蚀能力.可用做快走丝电极丝的材料有:钨(W)丝,钼(Mo)丝,钨钼(W50Mo)丝等,常用的丝径有φ0.12,φ0.14,φ0.18,φ0.2几种,根据需要选用.三,计算机编程,控制部分的操作计算机编程,控制部分的操作方法取决于机床控制系统所使用的软件,机床生产厂家不同,所开发的软件各具特点,具体操作方法将有所不同.这里以北京阿奇FW- 1数控线切割的控制系统为例.系统在启动成功后,即出现如图1-5所示的手动模式主画面,系统所有的操作按钮,状态,图形显示全部在屏幕上实现.手动模式主画面与自动模式主画面可分为8大区域.[1]坐标显示区:分别用数字显示X,Y,Z,U,V轴的坐标.(注:Z轴为非数控,因此其坐标显示一直为0)[2]参数显示区:显示当前NC程序执行时一些参数的状态.[3]加工条件区:显示当前加工条件.[4]输入格式说明区:在手动方式下说明主要手动程序的输入格式;在自动方式执行时,显示加工轨迹.[5]点动速度显示区:显示当前点动速度.[6]功能键区:显示各F功能键所对应的模式.[7]模式显示区:显示当前模式.[8]执行区:在手动模式执行输入的程序.在自动模式为执行已在缓冲区的NC程序.各种操作命令均可用鼠标轨迹球或相应的按键完成.[1] [2]X 0.000Y 0.000Z 0.000U 0000.000 文件名: ACT ★V 0000.000 手动公英制:公制命令:绝对座标系:G54 嵌套:0X 镜像:OFF 重复:000Y镜像:OFF 补偿:G40轴交换:OFF 旋转:OFF丝半径:000 异形:OFF喷夜:OFF 运丝:OFF锥度:G50 断丝:NO锥度角: 000.000缩放比例: 001.000旋转角度: 000.000COND = ON OFF IP SV GP V C001 = 02 03 2.0 01 00 00┃输入格式:感知:G80 X–极限:G81 X–半程:G82 X [3]移动:G00X–10.G00X–10.Y–10.加工:C004G01X10.C104G01X10.Y10.点动速度:中速FW3.05置零起点中心找正条件参数CAM自动编程F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10[8] [7] [6] [5] [4]图1-5 FW-1系统手动模式主画面四,具体操作步骤操作准备启动电源开关,让机床空载运行,观察其工作状态是否正常.按机床加工要求注油;添加或更换工作液,一般每隔10～15天更换一次为宜;决定是否调换电极丝.调整线架,根据工件的厚度选择相应的切割跨距.校正电极丝与夹具垂直.操作步骤开机.工件装夹.定位.此步只用于工件有定位要求的情况下.编程及加工程序送控制台.确定脉冲电源参数(当需要调整参数时,必须先关断高频脉冲输出).启动运丝电机,启动工作液泵.将控制柜高频脉冲置于"ON"状态.手摇工作台手柄,使电极丝与工件接近直到出现火花(已进行定位操作时此步必须省略).按"Enter"(回车)键,开始执行程序,进行加工.加工结束后应先关闭工作液泵电机,然后关闭运丝电机,检查X,Y坐标是否到终点.到终点时拆下工件清洗并检查质量;未到终点时应检查程序是否有错或控制台有否故障.注:机床操纵盒和控制柜控制面板上都有红色急停开关,工作中如有意外情况,按下此开关即可断电停机.§4 线切割加工的绘图编程方法目前,先进的数控线切割机床都有计算机绘图及自动编程功能.其具体操作方法由计算机控制系统内应用软件来确定.一,自动编程操作方法1.绘制图形在手动模式主画面下按F8,即进入线切割自动编程系统(SCAM),显示如图1-6.线切割自动编程系统CADCAM中文返回F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10图1-6 SCAM主菜单画面主菜单画面功能键作用:F1 —进入CAD绘图; F2 —进入CAM主画面;F10 —返回到控制系统.在SCAM主菜单画面下按F1功能键进入CAD绘图软件.进入绘图软件后即可绘制零件图,并且可把该零件转换成加工路径状态.图1-7为CAD绘图环境的主画面.辅助绘图画图编辑一编辑二显示设定档案线切割CAM北京AGIE〈〈〈〉〉〉〈辅助〉〈画图〉〈编辑一〉〈编辑二〉〈显示〉〈设定〉〈挡案〉纸张设定齿轮阿螺线补偿路径C A M端点交点中点切点圆心四分垂直引入最近方向长度半径X Y C U无法载入基本范例图设定WRK挡:SCAM.WRK外载指令:'shell'已载入.@输入指令:图1-7 CAD绘图软件主画面屏幕共分八个区:1).状态区位于屏幕最上方的一行,用来显示目前所在之图层名称,各种操作模式的ON/OFF(记录,整点,轴向),目前光标所在位置坐标…等状态.2).绘图区位于屏幕中央,为屏幕中最大的区域,用来绘制图形.3).命令区位于屏幕下方,占有三行位置,用来下达命令,显示命令提示及显示执行结果.4).屏幕功能区位于屏幕的最右边,您可选取某项目来执行TurboCAD的命令,此菜单的项目及内容是由菜单文件所定义.5).下拉式菜单区位于屏幕的最上方,当您将光标移至屏幕的最上方时,此下拉式菜单的项目会立即出现,您可选取某菜单项,然后在下拉出的菜单中选取欲执行的命令,此下拉式菜单的项目及内容由菜单文件所定义.6).锁定功能定义区位于屏幕的下方,用来定义抓点锁定功能及其它常用的功能,以便绘图时能很方便且迅速的选取使用,目前此区域的定义是由系统内定,使用者是无法更改的.7).辅助命令区与屏幕命令表区相重叠,当您执行某些具有辅助命令的命令时,屏幕命令表立即消失改而显示此命令的辅助命令,您可选取所需的辅助命令来继续此命令之操作,当命令操作完毕后会恢复原先的屏幕命令表.8).功能键定义区位于屏幕的最下方,当您将光标移至屏幕下方时,此功能键定义会立即出现,此区域之定义是对应于键盘上之功能键F1～F10,此功能键定义区的目的是希望免除去记忆那些功能键的苦恼,您直接选取所需的功能键即可执行指定的功能.2.自动编程在CAD状态下,绘制好零件图后,下拉CAD的线切割菜单,选择正确,合理的"补偿量"和"线切路径",按回车键后,屏幕显示要切割的图形及切割方向.退出CAD系统返回到SCAM主菜单.在SCAM主菜单下按F2进入CAM画面,在此画面中,进行图形文件,参数设定和放电参数的设定,完成后按F键即进入绘图和生成NC代码画面. 线切割编程起始位置与切割路线要合理选择.选择切割编程起始位置与切割路线应以工件装夹位置为依据,再考虑工件切割过程中刚性的变化以及工件内是否存在残余应力等.图1-8是线切割路线与工件刚性变化的实例.夹持部分夹持部分(a) 不合理(b) 合理图1-8加工过程中,随着切割的进行,工件上需要切离的部分和夹持部分的连接也越来越少,工件刚度也大为降低,容易产生变形,影响加工精度.这种情形是比较普遍的,应采用合理的切割路线,使其得到改善.一般应将工件与其夹持部分相分割的路线,安排在切割总程序的末端.二,编程代码含义为了能读懂程序代码以及个别场合需要对程序进行修改时能够进行手动修改.下面简要介绍编程代码含义.一般数控切割机床编程系统采用的代码是国际通用ISO代码.其格式如下:G92 X Y :以相对坐标方式设定加工坐标起点;G27:设定XY/UV平面联动方式;G01:X Y (U V ):直线插补指令;XY表示在XY平面中以直线起点为坐标原点的终点坐标;UV表示在UV平面中以直线起点为坐标原点的终点坐标;G02 X Y I J :顺圆插补指令;G02 U V I J :以圆弧起点为坐标原点,XY(UV)表示终点坐标,IJ表示圆心坐标; G03 X Y I J :逆圆插补指令;M00:暂停指令;M02:加工结束指令;例如:图1-9,可编程如下:加工起点(0,30),顺时针方向切割.G92 X0 Y30000G01 X0 Y10000G02 X10000 Y-10000 I0 J-10000G01 X0 Y-20000G01 X20000 Y0G02 X0 Y-20000 I0 J-10000G01 X-40000 Y0G01 X0 Y40000G02 X10000 Y10000 I10000 J0 图1-9G01 X0 Y-10000M00M02附表:ISO代码一览表组代码功能组代码功能AG00快速移动,定位指令JG40取消电极补偿G01直线插补,加工指令G41电极左补偿G02顺时针圆弧插补指令G42电极右补偿G03逆时针圆弧插补指令G45比例缩放G04暂停指令KG50取消锥度BG05X镜像G51左锥度G06Y镜像G52右锥度G07Z镜像LG54选择工作坐标系1G08X—Y交换G55选择工作坐标系2G09取消镜像和X—Y交换G56选择工作坐标系3CG11打开跳转(SKIP ON)G57选择工作坐标系4G12关闭跳转(SKIP OFF) G58选择工作坐标系5EG20英制G59选择工作坐标系6G21公制MG60上下异形OFFFG22软极限开关ON,未用G61上下异形ONG23软极限开关OFF,未用NG74四轴连动打开G25回最后设定的坐标系原点G75四轴连动关闭GG26图形旋转打开(ON)OG80移动轴直到接触感知G27图形旋转关闭(OFF)G81移动到机床的极限HG28尖角圆弧过渡G82移到圆点与现位置的一半G29尖角直线过渡PG90绝对坐标指令IG30取消过切G91增量坐标指令G31加入过切G92指定坐标原点I圆心X坐标SR轴转速,未用J圆心Y坐标T84启动液泵K圆心Z坐标T85关闭液泵L***子程序重复执行次数T86启动运丝机构P****指定调用子程序号T87关闭运丝机构M00暂停指令X轴指定M02程序结束Y轴指定M05忽略接触感知U轴指定M98子程序调用V轴指定M99子程序结束A指定加工锥度N****程序号C加工条件号O****程序号ON定义脉宽Q****跳转代码,未用OFF定义脉间R转角功能IP定义峰值电流RA图形或坐标旋转的角度SV定义间隙基准电压RI图形旋转的中心X坐标D***补偿码RJ图形旋转的中心Y坐标H***补偿码练习题1.线切割加工的工作原理是什么2.数控线切割机床由哪几部分组成各部分有何作用3.FW-1控制系统有哪些主要功能控制系统每发出一个进给脉冲,工作台移动多少距离4.四轴联动是指哪四轴5.解释下列代码的含义并反译成图形:G92 X-40000 Y0G02 X18292 Y33597 I40000 J0G03 X9078 Y15143 I-10854 J16799G01 X2664 Y37088G02 X19236 Y2922 I9966 J-828G01 X44581 Y-110208G01 X-43064 Y-12060G02 X-50787 Y38518 I-10787 J38518M00M026,由于线切割加工的工艺路线是一闭合回路,所以切割编程的起点和路途可以任意选择.这句话对吗为什么举例说明.。
